摘要：隨著因特網(wǎng)的高速發(fā)展，能夠以線速處理網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)并提供服務(wù)質(zhì)量（QoS）的網(wǎng)絡(luò)處理器逐漸成為新一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的核心。結(jié)合對IP網(wǎng)絡(luò)QoS的簡單介紹，論述了網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和功能，分析了其在路由器中的應(yīng)用。

    關(guān)鍵詞：服務(wù)質(zhì)量 網(wǎng)絡(luò)微處理器 可編程狀機(jī)技術(shù) 協(xié)處理器 路由器

1 在IP網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)QoS的必要性

QoS（Quality of Service）是網(wǎng)絡(luò)使用各種技術(shù)，為選定的傳輸量提供更好的服務(wù)。QoS的主要目的包括保護(hù)足夠的帶寬，可控制抖動和延遲（為一些實時和交互式的傳輸量）及改良的丟包特性。

傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)一個盡力而為（Best Effort）的系統(tǒng)，既不能保證分組傳輸?shù)募皶r性，也不能保護(hù)分組的時間序列性-這是因為它更關(guān)注向哪里發(fā)送分組，而較少注意發(fā)送分組的時間。但是，隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)上PC數(shù)量的爆炸式增長，提出許多新要求：企業(yè)的IP intranet和商業(yè)IP骨干網(wǎng)應(yīng)在端到端的行為上具有更高的可預(yù)測性；中級和頂級IP骨干網(wǎng)的ISP也需要在其廣域IP網(wǎng)絡(luò)上提供可預(yù)測的并有保證的服務(wù)；由于帶寬不是無限的，傳統(tǒng)的解決方法-“網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時就增加帶寬”也變得不再實用。因此，通過對網(wǎng)絡(luò)資源的合理分配來滿足各種業(yè)務(wù)需求的QoS控制機(jī)制已成為IP網(wǎng)絡(luò)的迫切要求，也是多業(yè)務(wù)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。

2 路由器如何提供QoS

為實現(xiàn)QoS，除了轉(zhuǎn)發(fā)分組到正確的下一跳之外，路由器必須實現(xiàn)分類、排除和調(diào)度功能以提供不同的轉(zhuǎn)發(fā)特性。分組分類階段建立一個分組在隨后的路由器中被處理的上下文（context），用于建立瞬時處理特性（管制、標(biāo)記、排隊和調(diào)度）。對于現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)，通常采用MF分類。典型的MF分類器要求分類關(guān)鍵字覆蓋標(biāo)識特定終端的源和目的IP地址。當(dāng)分組通過路由器時，將檢查地址、協(xié)議和端口號多達(dá)104比特。

3 網(wǎng)絡(luò)微處理器

網(wǎng)絡(luò)微處理器是對網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行高效快速處理的專用微處理器，主要功能是對網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組提供高效快速的處理以及QoS功能的實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)處理功能模塊位于物理層和轉(zhuǎn)換功能之間，主要完成對分組的成幀和驗證、分類、修正、加密以及排隊的功能。如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的巨大市場吸引了包括Intel、Vitesse、IBM、Solidum等眾多世界頂級集成電路生產(chǎn)廠家。在目前領(lǐng)先的十幾家網(wǎng)絡(luò)處理器供應(yīng)商中，沒有哪兩家的產(chǎn)品是完全一樣的。有些供應(yīng)商主要針對局域網(wǎng)或邊緣配置，另一些則傾向于主干網(wǎng)或廣域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)處理器的類型也很多，因此定義網(wǎng)絡(luò)處理器比定義存儲器、PLD這樣的半導(dǎo)體產(chǎn)品更加復(fù)雜。本文采用廣義的網(wǎng)絡(luò)定義，即包括可以完成全部或部分網(wǎng)絡(luò)處理功能的專用處理器。

    目前各種NPU的體系結(jié)構(gòu)可分為4種類型：

（1）嵌入式RISC

使用常用的可編程RISC（Reduced Instruction Set Computers），RISC機(jī)每秒可執(zhí)行一定數(shù)目的指令。但是RISC機(jī)的核心-基于控制器是一個硬件編碼（hard-coded）狀態(tài)機(jī)。該狀態(tài)機(jī)的功能一般是為了更方便地獲取和執(zhí)行指令，而不是直接執(zhí)行分類功能，因此效率不高。其代表產(chǎn)品是Intel公司的“IXP1200網(wǎng)絡(luò)微處理器”，主要用于硬件路由器的智能切換處理以及頻帶控制等的QoS處理。

    摘要：隨著因特網(wǎng)的高速發(fā)展，能夠以線速處理網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)并提供服務(wù)質(zhì)量（QoS）的網(wǎng)絡(luò)處理器逐漸成為新一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的核心。結(jié)合對IP網(wǎng)絡(luò)QoS的簡單介紹，論述了網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和功能，分析了其在路由器中的應(yīng)用。

    關(guān)鍵詞：服務(wù)質(zhì)量 網(wǎng)絡(luò)微處理器 可編程狀機(jī)技術(shù) 協(xié)處理器 路由器

1 在IP網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)QoS的必要性

QoS（Quality of Service）是網(wǎng)絡(luò)使用各種技術(shù)，為選定的傳輸量提供更好的服務(wù)。QoS的主要目的包括保護(hù)足夠的帶寬，可控制抖動和延遲（為一些實時和交互式的傳輸量）及改良的丟包特性。

傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)一個盡力而為（Best Effort）的系統(tǒng)，既不能保證分組傳輸?shù)募皶r性，也不能保護(hù)分組的時間序列性-這是因為它更關(guān)注向哪里發(fā)送分組，而較少注意發(fā)送分組的時間。但是，隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)上PC數(shù)量的爆炸式增長，提出許多新要求：企業(yè)的IP intranet和商業(yè)IP骨干網(wǎng)應(yīng)在端到端的行為上具有更高的可預(yù)測性；中級和頂級IP骨干網(wǎng)的ISP也需要在其廣域IP網(wǎng)絡(luò)上提供可預(yù)測的并有保證的服務(wù)；由于帶寬不是無限的，傳統(tǒng)的解決方法-“網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時就增加帶寬”也變得不再實用。因此，通過對網(wǎng)絡(luò)資源的合理分配來滿足各種業(yè)務(wù)需求的QoS控制機(jī)制已成為IP網(wǎng)絡(luò)的迫切要求，也是多業(yè)務(wù)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。

2 路由器如何提供QoS

為實現(xiàn)QoS，除了轉(zhuǎn)發(fā)分組到正確的下一跳之外，路由器必須實現(xiàn)分類、排除和調(diào)度功能以提供不同的轉(zhuǎn)發(fā)特性。分組分類階段建立一個分組在隨后的路由器中被處理的上下文（context），用于建立瞬時處理特性（管制、標(biāo)記、排隊和調(diào)度）。對于現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)，通常采用MF分類。典型的MF分類器要求分類關(guān)鍵字覆蓋標(biāo)識特定終端的源和目的IP地址。當(dāng)分組通過路由器時，將檢查地址、協(xié)議和端口號多達(dá)104比特。

3 網(wǎng)絡(luò)微處理器

網(wǎng)絡(luò)微處理器是對網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行高效快速處理的專用微處理器，主要功能是對網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組提供高效快速的處理以及QoS功能的實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)處理功能模塊位于物理層和轉(zhuǎn)換功能之間，主要完成對分組的成幀和驗證、分類、修正、加密以及排隊的功能。如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的巨大市場吸引了包括Intel、Vitesse、IBM、Solidum等眾多世界頂級集成電路生產(chǎn)廠家。在目前領(lǐng)先的十幾家網(wǎng)絡(luò)處理器供應(yīng)商中，沒有哪兩家的產(chǎn)品是完全一樣的。有些供應(yīng)商主要針對局域網(wǎng)或邊緣配置，另一些則傾向于主干網(wǎng)或廣域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)處理器的類型也很多，因此定義網(wǎng)絡(luò)處理器比定義存儲器、PLD這樣的半導(dǎo)體產(chǎn)品更加復(fù)雜。本文采用廣義的網(wǎng)絡(luò)定義，即包括可以完成全部或部分網(wǎng)絡(luò)處理功能的專用處理器。

    目前各種NPU的體系結(jié)構(gòu)可分為4種類型：

（1）嵌入式RISC

使用常用的可編程RISC（Reduced Instruction Set Computers），RISC機(jī)每秒可執(zhí)行一定數(shù)目的指令。但是RISC機(jī)的核心-基于控制器是一個硬件編碼（hard-coded）狀態(tài)機(jī)。該狀態(tài)機(jī)的功能一般是為了更方便地獲取和執(zhí)行指令，而不是直接執(zhí)行分類功能，因此效率不高。其代表產(chǎn)品是Intel公司的“IXP1200網(wǎng)絡(luò)微處理器”，主要用于硬件路由器的智能切換處理以及頻帶控制等的QoS處理。